氧化锆氧量分析仪在裂解炉氧含量检测中的应用

在大型煤制合成氨装置中，以烟煤为原料的生产过程会副产大量含硫化氢的废气。一套500 kt/a规模的装置，每小时约产生4~6吨硫化氢。基于硫化氢的物化特性及其环境危害，对其排放有严格限制，通常需将其送入回收装置进行资源化利用。与此同时，石油化工烷基化装置也会产生大量以硫酸为主的废酸。为实现节能减排与资源高效利用，以硫化氢和烷基化废酸为原料的裂解工艺得到广泛应用。

该类裂解装置利用合成氨废气中硫化氢高温燃烧所释放的热量，对烷基化废酸进行裂解。在裂解炉内，硫化氢与废酸在高温下分解为二氧化硫、水等组分，后经净化系统脱除水分、稀酸及重金属沉淀物，得到纯净的二氧化硫，进而作为硫酸生产的原料。裂解炉反应温度高达1060℃，反应介质中包含水、二氧化硫、三氧化硫及金属颗粒等，导致温度与氧含量的准确检测面临较大挑战，尤其是氧含量的测量。

目前，国内外在此类裂解炉氧含量检测中主要采用以下两种技术路线：

直插式测量（原位测量）

将检测元件直接安装于裂解炉出口管道，该处温度可达1100℃。该方法响应迅速、测量准确，但须应对高温及介质中重金属对元件的毒化影响。取样部件与测量元件需采用特种合金或陶瓷等耐高温材料，氧化锆氧量分析仪是此类测量的典型代表。

抽取式测量

通过取样系统将炉内反应气体引出，经除尘、降温、除湿等预处理后送入氧分析仪。该方式可使分析仪器避开高温恶劣环境，延长使用寿命并降低故障率；但其取样与预处理流程复杂，易发生腐蚀、堵塞及空气泄漏，导致响应滞后、精度下降，且维护工作量较大。常见仪器包括磁氧及电化学式氧分析仪。

此外，裂解炉氧含量测量元件也常受高温冲击与腐蚀影响。因此，合理选型与正确安装氧含量检测仪表，对裂解炉的稳定控制尤为关键。

在以烷基化废酸和合成氨废气为原料制取二氧化硫并生产硫酸的工艺中，必须精确控制裂解炉反应温度与氧含量。不恰当的反应条件会导致三氧化硫和还原硫含量升高，二氧化硫产率下降，并引发后续净化系统堵塞等问题。选用合适的温度与氧含量测量仪表，结合科学的安装与维护策略，有助于保障硫化氢及废酸回收装置的长周期稳定运行，降低非计划停车风险，进而支持上游合成氨装置的连续生产，实现全流程优化，提升安全性与资源综合利用水平。

在山东某公司硫化氢扩能改造项目中，根据技术要求，我们针对氧含量检测进行了专项设计。选用了适应高温与腐蚀环境，采用国外进口芯片及传感器的氧化锆氧量分析仪，并在工艺管道上合理布置测点，辅以有效的防护措施，确保测量数据准确可靠。DCS复杂调节系统通过合理的参数设置与控制逻辑，实现了燃烧空气与硫化氢流量的精确配比控制，有效抑制了不合格反应物的生成。

为准确测量裂解炉出口氧含量，本项目采用直插式氧化锆分析仪，在出口管道合适位置设置三套氧化锆氧量分析仪，构成热备冗余，并于DCS中实现“三取二”联锁逻辑。

在DCS组态中，对空气与硫化氢流量测量实施温压补偿，提高数据准确性。空气与硫化氢调节阀均选用气动高性能控制阀，配备智能电气阀门定位器，确保调节系统响应迅速、控制可靠。

氧化锆氧量分析仪

技术特点：

直插式测量满足工艺参数监测需求，助力装置在设计工况下高效稳定运行。

温度与氧含量测量精度符合要求，系统可靠性不低于99.9％。

空气/硫化氢流量比例控制系统运行平稳，保障回收装置长周期运转。

后续净化系统中三氧化硫与还原硫含量显著下降，二氧化硫体积分数提高，系统堵塞频率降低。

测量技术可靠，单点仪表检修不影响生产连续性，很大限度减少对合成氨及硫酸系统的干扰。

氧化锆传感器具备良好的耐腐蚀、抗硫中毒、耐磨损与抗热震性能，适用于高硫、高水分工况。

结构设计便于维护，关键元件如锆管、热电偶等可在现场快速更换，无需拆卸整支探头。

本底电势稳定，无需周期标定，实现免维护运行。

目前，国内硫磺制酸装置常因氧含量测量不准，导致焚硫炉配风控制粗放，多数装置采取过量供风方式，造成风机负荷与电耗上升。调研显示，山东省内多套硫磺制酸装置仍普遍采用抽取式测量，难以实现精准控制，制约了装置能效提升。而采用直插式测量技术后，实测氧体积分数控制精度显著提高，系统可靠性超过99.9%，燃烧配比更稳定，二氧化硫产率提升约11.5%，后续转化吸收系统的堵塞与腐蚀情况也得到明显改善。